船舶辐射噪声节拍音色特征研究

从人的主观感觉入手,利用心理声学方法,对船舶辐射噪声节拍音色特征进行了探讨研究。发现了节拍音色DEMON谱轴频谐波结构之间的关系,并利用仿真噪声和实际噪声进行了验证,不同类别目标之间,谐波结构存在差异,不同的谐波结构就会导致不同的节拍音色;提取了一种反映船舶噪声节拍音色的新特征——调制度特征,描述DEMON谱轴频、叶频和轴频其他谐波相对于周围干扰线谱的突出程度,并依据轴频、叶频和轴频其他谐波的调制度大小关系,作为目标分类的重要依据;最后分析了噪声频段对节拍音色的影响,噪声频段不影响节拍音色,仅因信号能量频段分布的差异导致噪声整体音色存在不同。     

干扰抑制门在线谱提取中的应用

由于舰船辐射噪声和海洋环境噪声的复杂性,直接从舰船辐射噪声解调信号中提取线谱比较困难。为了降低线谱提取过程中宽带噪声干扰的影响,设计了一个干扰抑制门。对单频输入信号和谐波输入信号的仿真,验证了抑制算法的有效性,同时对干扰抑制门的信噪比增益进行了统计分析。对实测舰船辐射噪声数据处理,结果表明干扰抑制门的应用能有效降低信号中的宽带干扰,为线谱提取提供便利。从线谱中提取的螺旋桨轴频可作为舰船目标分类和识别的特征量。干扰抑制门算法亦可用于线谱检测。     

一种基于线谱特征函数提取LOFAR图线谱的方法

水声信号被动检测中广泛使用LOFAR图对接收信号进行处理和分析。针对LOFAR图中线谱信号检测问题,根据线谱信号特征设计特征函数,提出频域滑动窗线谱特征累积检测法。该方法在频率轴移动观察窗,用多步决策算法计算每个观察窗的最优解,得到最优路径,如果最优路径特征值大于阈值,则累积LOFAR图像素点被该最优路径经过的次数,次数越多对应点为线谱点的概率越大。仿真研究表明,该方法对频率时变、低信噪比的线谱信号具有良好的检测能力,可实现多根线谱的增强与检测。海试数据处理结果证明了该方法的可行性和稳健性。该算法对于辐射线谱信号的水下目标远距离探测识别有较高的参考价值。     

强干扰背景下的鱼雷辐射噪声信号检测方法

常规被动声纳利用宽带波束能量进行目标检测,在低信噪比、强目标干扰情况下,宽带能量检测的性能迅速降低。利用鱼雷辐射噪声信号中含有丰富线谱成分的特点,提出了一种针对鱼雷辐射噪声信号的窄带和宽带联合检测方法。通过对预成波束方向信号的窄带处理和线谱提取,利用特定频段的线谱能量对宽带波束输出进行加权,提高了线谱目标的检测能力。该方法能够有效地抑制非线谱强干扰目标,提高低信噪比信号的检测能力。仿真和海试数据处理结果验证了该方法的有效性。     

基于离散混沌化方法的线谱控制技术研究

船舶辐射水声中的线谱成分是被动声纳在水声对抗中检测、跟踪和识别目标的主要特征信号,对线谱成分进行控制能有效提高船舶的水声隐声性能。传统的隔振方法无法改变隔振系统的线谱成份,利用反馈混沌化控制原理,采用时变反馈参数的离散混沌化方法,通过调整和优化控制器参数,使隔振系统在谐波激励下能够产生稳定的混沌,改变通过隔振系统输入到船体的频谱结构,从而改变船舶辐射水声的频谱结构,并降低辐射水声中的线谱成分,达到有效降低辐射水声线谱成分的目的。     

水中目标辐射噪声调制谱提取方法

分析了小波多分辨率分解方法引起的频率混叠的问题,提出了直接采用窄带FIR滤波的方法提取感兴趣的数据,然后利用Morlet复解析小波变换方法提取螺旋桨轴频。通过设置合适的中心频率和带宽,提取调制信号的包络,对包络信号进行谱分析,提取螺旋桨的轴频等信息,对于推算目标速度具有重要价值。     

一种基于最大后验概率判决的线谱检测方法

本文讨论了基于最大后验概率判决的水声目标辐射噪声线谱检测方法,并引入信息累积思想,以克服功率谱估计中随机干扰的影响.对水声目标辐射噪声的线潜特征提取试验表明,本文方法简单、有效,有较好的线谱提取效果.     

柔性基础混沌化线谱控制技术研究

船舶辐射水声中的线谱成分是被动声纳在水声对抗中检测、跟踪和识别目标的主要特征信号,对线谱成分进行控制能有效提高船舶的水声隐声性能。传统的隔振方法无法改变隔振系统的线谱成份,利用反馈混沌化控制原理,采用时变反馈参数的离散混沌化方法,通过调整和优化控制器参数,使基于柔性基础的隔振系统在谐波激励下能够产生稳定的混沌,改变通过隔振系统输入到船体的频谱结构,从而改变船舶辐射水声的频谱结构,并降低辐射水声中的线谱成分,达到有效降低辐射水声线谱成分的目的。     

基于DEMON谱信息提取算法的目标识别方法研究

宽带噪声解调(Detection of Envelope Modulation on Noise,DEMON)谱中的轴频叶频,对应螺旋桨转速和叶片数等舰船自身相对特征,这些特征可以作为目标识别的依据。综合运用改进的最大公约数算法和余数门限算法提取DEMON谱中的轴频和叶频,解决了传统最大公约数算法提取轴频叶频误差较大的问题。仿真数据与实测数据的实验结果均验证了DEMON谱信息提取算法的有效性。     

单矢量水听器时域和频域双目标分辨能力比较

用单矢量水听器估计目标方位时,双目标情况下,时域平均声强器估计的是两个目标的合成方位;在频域利用目标DEMON线谱频率的不同可以区分双目标,该方法具有较好的抗相干及非相干干扰能力,表明单个矢量水听器也能分辨多目标.文中叙述了DEMON线谱测向原理,给出了轴频提取及双目标DEMON线谱分离的方法,分析了DEMON线谱区分双目标的性能.     

基于反馈混沌化方法的多线谱控制技术研究

船舶辐射水声中的线谱成分是被动声纳在水声对抗中检测、跟踪和识别目标的主要特征信号,混沌线谱控制技术利用混沌系统响应功率谱为宽频谱的特殊性质,把集中于某一频率的能量分散到较宽的频带上来抑制线谱成分,提高船舶的声隐身性能。利用反馈混沌化理论,对多谐波激励条件下隔振系统的混沌化进行了研究,提出了多谐波激励多自由度隔振系统的反馈混沌化方法,掌握了隔振系统进入混沌的条件和途径,突破了激励频率增加引起隔振系统混沌运动难以保持的技术难题。根据反馈混沌化原理设计了双层隔振系统试验装置,开展了隔振系统多线谱控制试验研究,试验结果证明了该方法的有效性,可作为混沌隔振系统设计的理论和试验依据。     

谐波信号的闭环检测和估计算法及其应用

从联合检测估计的角度讨论了检测器和估计器之间的耦合机制,并就水声目标线谱特征提取问题研究了一种谐波信号的闭环检测和估计算法.该算法通过迭代形式在检测器和估计器之间不断交换信息,用以改善未知参数的先验分布,从而得到较好的检测和估计性能.对海试数据的仿真结果表明,该算法可以有效地提取目标的线谱特征.     

目标辐射噪声线谱的特征建模与检测

在理论分析的基础上，构造了基于λ水平能量聚点的目标辐射噪声线谱的特征量模型．在利用中值痣波去除信号功率谱中“平台型”的λ水平能量聚点后，计算其λ水平能量聚点作为拟线谱频率，通过拟线谱频率对应周期的整周期延时叠加突出线谱特征，以提高辐射噪声线谱的检测率．理论分析和对仿真信号的计算结果表明，该算法是有效的．     

主动控制中作动器非线性谐频的控制

采用主动隔振系统,能有效地控制低频线谱振动。在常规的作动器中,虽然可以有效地降低基频的振动;但二次谐波处产生的附加能量会影响隔振效果。通过理论分析与试验,研究了振动主动控制系统中电磁作动器的非线性现象,分析了进行低频线谱振动控制时电磁作动器在二次谐频处产生额外能量的原因,提出用谐波发生器自适应补偿作动器非线性现象的方法,结合前馈Fx LMS算法进行主动控制的试验表明,系统可得到较理想的控制效果。     

海洋中持续泄漏气泡的声学检测

声学方法是检测水面下气体泄漏的主要方法。由于气泡振荡产生的声信号能量较弱,且频段往往与环境噪声频段重叠,不易提取和分析。针对这个问题,提出了一种结合频域积累与时频能量检测的处理方法,通过频域积累提高信噪比后,利用一种自适应时频检测算法分析气泡声信号特性。海上实验表明,该方法可以在较强环境噪声下对持续泄漏的气泡进行有效检测。     

基于辐射噪声强度和线谱多普勒的目标运动参数估计

提出了一种利用辐射噪声强度和线谱多普勒频移联合估计匀速直线运动目标的速度和正横距离的方法。该方法基于单水听器观测,首先在球面波近似下利用目标辐射噪声强度估计出正横时刻并确定目标速度和正横距离之间满足的线性关系;然后利用线谱多普勒频移,通过对一个新定义的代价函数进行一维搜索的方法估计出目标速度和正横距离。与现有各种基于噪声强度和线谱多普勒频移进行测距测速的方法相比,该方法具有以下优点：（1）要求更少的先验知识,易于确定参数搜索范围;（2）参数估计过程中仅需一维搜索,并且算法可应用于需对目标参数进行预报的场合。数值仿真给出了不同参数条件下目标运动参数估计结果的统计误差。湖试结果验证了该方法的有效性。     

自适应时—频分析在水声目标分类中的应用

本文研究了基于匹配追踪算法的自 适应时－频分析 和基于判别追踪算法的 特征提取,并构成了一个水声分类系统。对实际水声目标辐射噪声的分类结果表明：该系统能有效提取各类信号在时间－频率联合域的主要可鉴别性特征,具有良好的分类能力,分类正确率超过了80％。     

一种估计船舶线谱的联合分析法

线谱是船舶辐射噪声中重要的特征信息，线谱提取是水中目标识别的关键技术。文章简述了船舶辐射噪声的物理成因和频谱特征，利用经典谱估计法与现代谱估计法在短时序列谱估计中的特点，结合Matlab仿真试验的结果，提出了一种对船舶辐射噪声0．100Hz低频段线谱估计的联合分析法。并用该方法对两艘实船噪声进行了谱分析，提取了A型船在中速航行时5．25Hz的特征线谱，B型船存在65．5Hz和69．2Hz两条特征线谱。实验结果表明该方法对低频段的线谱特征提取有明显的实用效果。     

OFDM水声通信系统的LS-OMP信道估计

对于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)水声通信系统,最小二乘(Least Squares,LS)信道估计方法受噪声影响较大,并且使用的导频数量较多,影响通信效率。而基于压缩感知理论的正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)信道估计方法可以充分利用水声信道的稀疏特性,同时能够有效地抑制系统噪声,但控制迭代运算次数的相关参数(稀疏度或误差容忍值)是OMP算法的关键条件。针对上述问题,提出了利用少量导频随机分布的LS和OMP联合的信道估计方法,该方法首先利用少量导频采用LS方法估计出OMP算法的误差容忍值,再利用OMP算法恢复数据子载波的信道信息。理论分析和仿真结果同时表明,与传统的LS算法或OMP算法相比,新算法能够在数据恢复的同时有效抑制系统噪声,应用稀疏特性及较少量的导频,进一步提高了系统的频谱效率,对时变稀疏水声信道具有更好的适应性。     

高频宽带换能器多匹配层研究

在水声应用中,高频换能器往往需要较宽的工作带宽,以获得更多的目标信息。文章首先建立了等效电路模型,利用粒子群算法对匹配层材料和厚度进行初步选定,使得换能器具有最宽的工作频带;其次,通过有限元方法对匹配层换能器的导纳和发射电压响应进行分析计算;最后,在理论分析的基础上成功制得三匹配层高频宽带换能器,其工作频段约为150～430 kHz,相对带宽为93%,带内发送电压响应起伏为-6 dB。实验结果表明,三匹配层设计方案可以有效拓宽高频换能器的工作频段。